Tercer Milenio
En colaboración con ITA
Aragón es ciencia
Aragón, en la carrera mundial por fabricar un procesador cuántico
El prototipo de un procesador cuántico hace ciencia de vanguardia en los laboratorios del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón.
En el subsuelo de la Facultad de Ciencias de Zaragoza, la banda sonora es el sonido rítmico del compresor de helio que baja la temperatura lo suficiente para hacer un tipo de física muy especial, esa en la que empiezan a emerger los fenómenos cuánticos.
Antes de terminar de definirse, las nuevas tecnologías cuánticas ya se consideran estratégicas. "Las tecnologías cuánticas darán una gran ventaja a los países que las dominen –asegura la investigadora Pepa Martínez–. Estas sociedades podrán reducir su dependencia de las redes GPS, garantizar la comunicación segura de datos y realizar predicciones financieras".
Además, el dominio en tecnologías cuánticas supondrá un salto en la capacidad para realizar avances rompedores en muchos campos de la ciencia, "ya sea investigación aplicada (síntesis, diseño de materiales…) o ciencia básica (física, ciencias del espacio…)". Fernando Luis, del grupo Q-MAD (materiales y dispositivos cuánticos), añade que están llamadas a jugar un papel determinante en áreas relacionadas con la instrumentación aeronáutica y médica. "También es probable que supongan un avance notable en la forma de comunicar la información, que corre el riesgo de crear países de primera y de segunda en un aspecto tan estratégico como este y que ya está creando ciertas tensiones", advierte. En cuanto a la computación, "todavía es difícil saber su alcance, posiblemente a más largo plazo, pero seguramente habrá aplicaciones en la mejora de procesos, materiales, fármacos, etc.".
En este campo tan relevante, Aragón es un actor de primer nivel desde el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza que acaba de recibir la acreditación Severo Ochoa a la Excelencia Científica, que reconoce a aquellos centros de investigación de España que destacan como referentes en su campo de especialización. Es el primer centro en Aragón que recibe este sello. Una de las tres líneas estratégicas que conforman el proyecto Severo Ochoa del INMA se centra en las tecnologías cuánticas.
Desde hace diez años, hay en Aragón líneas de investigación propias en este campo, reconocibles a nivel internacional. Se cultivan aspectos teóricos, como el desarrollo de algoritmos para diferentes aplicaciones y el análisis y diseño de nuevos circuitos cuánticos y fotónicos. Por otra parte, varios grupos trabajan en el desarrollo de dispositivos, incluyendo un prototipo para un procesador cuántico, sensores superconductores ultrasensibles para la caracterización de materiales, detectores de radiación para misiones espaciales, así como la electrónica para controlar dichos dispositivos.
En la carrera mundial
La carrera mundial por fabricar un procesador cuántico o, palabras mayores, un ordenador cuántico, se ha visto acelerada por la participación directa de gigantes de la informática como Intel, Google e IBM, que tienen sus propios proyectos, así como por la creación de programas de apoyo estratégico en muchos países. Sin embargo, "sigue sin haber una idea clara de qué tecnología resultará la más eficiente para alcanzar la potencia computacional necesaria para resolver problemas de interés social y económico", indica Luis. Y este equipo aragonés tiene su propia idea: desarrollar un novedoso procesador cuántico basado en moléculas magnéticas y circuitos superconductores.
El interior del puntero equipo científico que alberga uno de estos prototipos de procesador cuántico parece una joya y, al mismo tiempo, recuerda a las hermosas maquetas invertidas de Gaudí.
Hoy es el día de acceder a los experimentos que, cada uno en su ‘piso’, se desarrollan dentro del refrigerador de dilución, un enorme ‘botijo’ pero de helio, el único elemento que no se solidifica al enfriarse y que sirve para mantener temperaturas muy próximas al cero absoluto de forma continuada.
Abajo del todo, en la zona más gélida, hay instalados dos chips, "estamos probando si conseguimos que una molécula sea capaz de codificar un qubit, la unidad básica de información cuántica, y corregirse a sí misma, corregir sus errores". A través de líneas de microondas, intercambian información con su prototipo de procesador cuántico, le envían señales y recogen su respuesta. Todo a tan solo 8 milésimas por encima del cero absoluto.
Frío y oro
¿Por qué tanto frío? Los fenómenos cuánticos son frágiles, así que "es preciso reducir el ruido para poder observarlos. La temperatura es ruido, por lo que la mayor parte de los procesadores cuánticos han de trabajar a muy baja temperatura", explica Luis. "Es como un rompecabezas, una muñeca rusa", describe, donde todo está dorado. Hay un razón de peso: que los elementos no se calienten mutuamente y que la temperatura en cada plato sea lo más uniforme posible. Cobre con muy pocas impurezas bañado en oro conduce bien el calor y refleja la luz como si fuera un espejo.
Marcos Rubín, Nacho Gimeno y Carolina del Río son tres jóvenes investigadores que trabajan en esta vía para llegar a la computación cuántica que se ha desarrollado desde cero en Zaragoza. La propuesta, diferente a la que exploran otros equipos del mundo, "se basa en tratar de usar cada molécula como un diminuto procesador cuántico, que sea capaz de corregir sus propios errores, y ‘cablearlas’ usando circuitos superconductores en un chip, lo que ayudaría a resolver uno de los retos más importantes de la computación cuántica: escalar en potencia computacional manteniendo el sistema a salvo del ruido".
En los últimos cinco años, este proyecto, liderado por el grupo Q-MAD, en colaboración con diversos grupos de carácter interdisciplinar –químicos, físicos e ingenieros–, ha atraído hacia Aragón una inversión de más de 2 millones de euros.
También en dura competencia obtuvo Pepa Martínez en 2021 una de las codiciadas Starting Grants del Consejo Europeo de Investigación. Gracias a ella, esta científica titular del CSIC en el INMA ha podido formar un grupo y adquirir un equipo muy costoso, otro refrigerador de dilución –solo hay dos o tres más en España– que no hubiera podido financiar por otros medios.
"Esto nos permite realizar experimentos de vanguardia y, además, también me ha ayudado a estabilizarme", dice. Tras un par de años montando el laboratorio, el proyecto QFaST comienza a despegar. "Tenemos por delante unos años muy interesantes: espero demostrar que los materiales magnéticos pueden jugar un papel relevante –declara–. Intentaremos utilizarlos para ciertas tareas como la construcción de puertas lógicas y sensores cuánticos". En este laboratorio, David García y Jorge Pérez dan sus primeros pasos en la investigación, un camino en el que saben que "mantenerse es complicado, no es algo a corto plazo". Ahora les toca salir al extranjero para seguir formándose.
Se estrena este año el Máster en Tecnologías Cuánticas que coordina David Zueco. Está contento porque ya tienen 50 preinscritos, prueba de que "es un campo muy atractivo tanto para hacer investigación como para encontrar trabajo". Las tecnologías cuánticas "prometen ser disruptivas y muchas empresas quieren tener profesionales en este campo", asegura con conocimiento de causa, pues "tres de mis estudiantes de TFG en los últimos dos cursos ya trabajan en empresas que los contrataron por su conocimiento de tecnologías cuánticas". El reto es retener el talento para investigar.
Fernando Luis teme que "el liderazgo de Aragón en el campo de las tecnologías cuánticas no se sepa aprovechar lo suficiente y que otras CC. AA. que han empezado más tarde se nos pongan por delante". En los últimos años esta área ha recibido un impulso en Aragón, sobre todo por la consecución de proyectos internacionales competitivos que se han liderado desde el INMA, así como por el apoyo extra que han supuesto los fondos de recuperación.
"Es difícil de decir si este impulso se mantendrá en el futuro, porque no existe un programa específico en este ámbito, a diferencia de lo que han hecho comunidades como el País Vasco –con la iniciativa BasQ, el Gobierno vasco va a invertir 200 millones de euros en cuatro años–, Cataluña, Galicia o Castilla y León, entre otras".
La consecución de la marca Severo Ochoa para el INMA es una esperanza, que confía que "sirva de palanca para mantener o incrementar el grado de financiación". En Aragón, destaca, "hay grupos estupendos y en cuántica e inteligencia artificial tenemos opciones y podríamos coger el tren con más apoyo de la Comunidad Autónoma".
